Уникальный усилитель может изменить оптическую связь

Исследователи из Технологического университета Чалмерса разработали оптический усилитель, который, как они ожидают, произведет революцию как в космической, так и в оптоволоконной связи. Новый усилитель отличается высокой производительностью, он достаточно компактен, чтобы его можно было интегрировать в микросхему размером всего в несколько миллиметров, и, что особенно важно, не создает лишнего шума.

Оптическая связь позволяет передавать информацию на очень большие расстояния. Эта технология полезна в ряде приложений, таких как космическая связь и оптоволоконные кабели для интернет-трафика.

С помощью связи, основанной на свете, а не на радиоволнах, мы могли бы, например, быстро отправлять изображения высокого разрешения с Марса. Информация, переносимая лазерными лучами, может быть отправлена ​​с высокой скоростью от передатчика на планете к приемнику на Земле или на Луне. Оптическая связь также позволяет нам использовать Интернет по всему миру — независимо от того, передается ли сигнал по оптоволоконным кабелям под морским дном или передается по беспроводной сети.

Поскольку свет, несущий информацию между двумя удаленными точками, по пути теряет мощность, требуется большое количество оптических усилителей. Без усилителей до 99 % сигнала в оптоволоконном кабеле исчезло бы в пределах 100 км.

Однако хорошо известная проблема оптической связи заключается в том, что эти усилители добавляют избыточный шум, который значительно ухудшает качество сигнала, который вы хотите отправить или получить. Усиление света в проекте Чалмерса основано на принципе, известном как эффект Керра, который до сих пор является единственным известным подходом, который усиливает свет, не вызывая значительных избыточных шумов. Этот принцип уже демонстрировался раньше, но никогда в таком компактном формате — предыдущие версии были слишком громоздкими, чтобы быть полезными. Новый усилитель умещается на небольшом чипе размером всего несколько миллиметров по сравнению с предыдущими усилителями, которые были в несколько тысяч раз больше.

Кроме того, новые усилители обеспечивают достаточно высокий уровень производительности, поэтому их можно размещать более экономно, что делает их более экономичным вариантом. Они также работают в режиме непрерывной волны (CW), а не только в импульсном режиме.

«То, что мы здесь демонстрируем, представляет собой первую операцию CW с чрезвычайно низким уровнем шума в компактном интегрированном чипе. Это дает реальную возможность для практического использования в различных приложениях. Поскольку усилитель можно интегрировать в очень маленькие модули, вы можете получить более дешевые решения с гораздо лучшими характеристиками, что в долгосрочной перспективе делает это очень интересным для коммерческих игроков», — сказал профессор Питер Андрексон. «У него может быть множество практических применений, не только в связи, но и в таких областях, как квантовые компьютеры, различные сенсорные системы и метрология при проведении атмосферных измерений со спутников для мониторинга Земли».